JP2004090247A - フレキシブル両面金属積層板の製造方法 - Google Patents

Abstract

耐熱性の樹脂を使用したフレキシブル両面金属積層板で、耐熱性樹脂と金属箔をロール状に巻き取った後にそのコイルを回転させながら該熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上の温度で加熱・加圧しながら熱処理することを特徴とするフレキシブル両面金属積層板の製造方法。
【課題】物性的に問題なく、表面に波うちや巻内転写のない外観が良好なフレキシブル両面金属積層板の製造方法を提供する。
【解決手段】ロール状に巻き取ったフレキシブル両面金属の積層体のコイルを回転させながら熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上の温度で加熱・加圧しながら熱処理する。
【選択図】　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱可塑性樹脂と金属箔を原料として連続的に得られるフレキシブル両面金属積層板の製造法に関するものである。
このフレキシブル両面金属積層板は、電子機器、電気機器、コンピューター、通信機器等の印刷回路基板、面状発熱体、電磁シールド材料、サスペンション材料、フラットケーブル、包装材料等に使用できる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プリント回路基板を使用した電子機器は小型化、高機能化、高密度化されるに伴い、部品・素子の高密度実装が可能な、熱可塑性樹脂使用の可撓性を有するフレキシブル金属積層板の利用が増大している。
更に高密度化が要求されるために、回路パターンの微細化が図られ、これを達成するために薄物のフレキシブル両面金属積層板化が盛んに行われている。
【０００３】
従来のフレキシブル両面金属積層板を連続的に製造方法は、ロール　トゥ　ロールプレスによるラミネーション法が用いられるが、ロールと製品が線接触のためプレス時間が稼げない。そのためにライン速度が上げられないという弊害が生じる。またプレスロールにゴム等の弾性ロールを使用した場合、高温にするとロールに被覆した弾性物の劣化が促進する。
そのために、これら工程を経た積層物は、本接着を発現させるために熱処理による後工程が必要になってくる。後工程として熱処理を行う方法としては、特開平３−１６４２４１号公報や特開平６−０９１７７８号公報等が知られている。特開平３−１６４２４１号公報の方法は、金属箔積層長尺体を製造する方法で、ロールプレス工程と加熱溶媒除去工程が存在するが、ピール強度を得るのに塗工乾燥時に溶媒をイミド層に残存させておき、後工程でその残溶媒を除かなくてはならない。
しかしながら、この方法では製品物性が満足なものを得るためには、残溶媒を調整する必要がある。残溶媒が少なすぎればピール強度が発現せず、また残溶剤過多であると膨れが発生するという問題が生じる。
【０００４】
一方、特開平６−０９１７７８号公報方法は、長尺状両面フレキシブル金属積層板を製造する方法として、ロールプレスを使用して連続的に加圧して積層した後に、ロール状に巻き取って加熱・加圧下に後加熱を行っているが、我々の検討によると、この方法は最終製品での接着強度は十分であるものの、実は製品長さで１０数メートルの短いものでは問題なくできるが、百メートル以上の長尺ものになると製品に、製品最巻き内の転写や巻き締まり、製品巻き外では薄い波うちが発生することが判明した。
【０００５】
これらの外観不良は、巻物を短くすることとコイル巻きするときに張力を弱くして緩巻きにすることで対処できるが、生産性が悪く、熱処理時に巻き崩れて巻きズレが発生したりする。また、昇降温時での焼鈍ダレによって、巻きの中央からコイル表面までの半径方向の径長さの違いにより熱膨張差及び重力差が発生して、コイル下側にたるみが発生しやすくなる。
これらの結果から、上記方法では満足なものが得られていないのが現状であり、まだ改良すべき余地のある方法と考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、上述した製品最巻き内の転写や巻き締まり、製品巻き外では薄い波うち等の外観不良のないフレキシブル両面金属積層板の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意検討した結果、フレキシブル両面金属積層板のロール状に巻き取ったコイルを加熱・加圧し、当該コイルを緩やかに回転させながら熱処理することにより、長尺のフレキシブル両面金属積層板に片寄った荷重を加えずに均一に加熱・加圧を行うことができ、最巻き内の転写や巻き締まり、製品巻き外の薄い波うちを防止できることを見出し本発明を完成した。
すなわち、本発明は、基材の金属箔と接する両面が熱可塑性樹脂からなり、基材とその最外の両面に金属箔もしくは熱可塑性樹脂を塗布した金属箔を連続的に積層したものをロール状に巻き取ったコイルを緩やかに回転させながら連続して加熱・加圧し熱処理することを特徴とするフレキシブル両面金属積層板の製造方法である。
本発明の方法で製造したフレキシブル両面金属積層板は、積層間の接着強度が０．８ｋｇｆ／ｃｍ以上であり、２８８℃の半田浴に６０秒浸漬しても膨れやハガレは生じない特徴を有する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の詳細を説明する。
本発明に関わる基材は少なくとも最外層の両面が熱可塑性樹脂からなる基材であって、基材の全てが熱可塑性樹脂である必要はなく、最外層の金属箔との接着面が熱可塑性樹脂であればよい。基材は、１枚であっても良いし、複数枚を重ねあわせたものであってもよい。
本願において、基材は、基材のベースとなるフィルムに熱可塑性樹脂を塗布したものであってもよい。熱可塑性樹脂としては、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ザイダック樹脂などが挙げられるがこれらに限定されるものではない。また特に、フレキシブル両面金属積層板の高温での使用を考えると、高耐熱性を有するポリイミド及びその前駆体が好ましい。熱可塑性ポリイミド及びその前駆体の原料として適した酸無水物やジアミンは、特開平５−３１８６９号公報で知られているものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、基材のベースとなるフィルムは市販の汎用品を用いることができる。ベースフィルムにポリイミドフィルムを選んだ場合、例えば、宇部興産（株）製ＵＰＩＬＥＸ、東レ・デュポン（株）製Ｋａｐｔｏｎ及び鐘淵化学工業（株）製Ａｐｉｃａｌなどを使用することができる。
【０００９】
金属箔としては、銅、アルミニウム、ニッケル、ベリリウム、クロム、亜鉛、鉛、金、銀、白金、マグネシウム、鉄、モリブテン、コバルト及びその合金が挙げられる。通常、銅箔が用いられ、特に、フレキシブル回路基板を形成するための金属箔としては銅箔が好ましく使用される。銅箔については、圧延銅箔、電解銅箔のいずれも使用できる。
金属箔に熱可塑性樹脂を塗布する場合には、例えば、従来公知の、コンマコーター、Ｔダイ、ロールコーター、ナイフコーター、リバースコーター、バーコーター、グラビアコーター等の塗布装置を使用して塗布することができる。
金属箔の厚みは９μｍから１５０μｍであり、好ましくは１２μｍから７０μｍである。基材の厚みは２μｍから１００μｍであり、好ましくは４μｍから７０μｍである。基材の厚みが２μｍ以下では絶縁性の問題が生じ、金属箔が１５０μｍを越えると剛性が強くなり加熱圧着が困難になる場合がある。基材及び金属箔が上記の範囲外では、各々の線膨張係数の違いにより平坦性が悪化するという問題が生じる場合がある。
【００１０】
フレキシブル両面金属積層板の製品形態としては、原料繰り出し装置と製品巻取り装置を設置し、長尺のロール状の形態で巻き取る。巻き芯については外径で８インチ（約２０ｃｍ）以上が好ましい。巻き径が小さいと熱処理を行った際に巻きの形状が残り、最終製品で巻き芯側を内側に反りが生じる。
ロール状に巻き取る際に必要に応じて、熱可塑性樹脂と金属箔の接着性を向上させるために巻取る直前に加熱ロールや遠赤外加熱装置や熱風炉等を配置し、基材を予熱して熱可塑性樹脂の流動を良くして重ね合わせることが好ましいが、積層体の層間に空隙が残らなければ単に重ね合わせて巻き取るだけでもよい。更に熱可塑性樹脂にコロナ処理やプラズマ処理等を行い接着性を向上させることも可能である。
【００１１】
上述のように連続的に加熱・加圧して積層する際に、積層体の層間に空隙が残らないように均一に加圧することは、半田浸漬時の膨れを防止するために重要である。連続して加圧して積層する方法として、寸動プレス等も存在するが、ロールプレスによる方法が上記の積層体に空隙を残さず積層でき、その上に生産効率上良好である。更に好ましくはロールの回転ムラ、ロール径ムラ等を吸収でき、均一性の高い加圧積層が可能である片側、または両側のロール表面がゴム製であるロールプレスが使用できる。このゴムの種類に限定はないが、高温での使用を考慮すると、耐熱性の高いシリコンゴムやフッ素ゴムが挙げられる。
【００１２】
連続的に加熱・加圧して熱処理する温度としては、基材表面の温度が基材表面の熱可塑樹脂のガラス転移温度以上であることが好ましい。更に好ましくはガラス転移温度より５０℃以上高い温度からガラス転移温度より１００℃高い温度までの温度範囲である。
【００１３】
本発明においては、フレキシブル両面金属積層板の積層後に、熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上で後加熱することが重要である。連続的に積層する場合、接着力発現に十分な加熱・加圧時間をとることは困難である。したがって、全く後加熱を行わなかった場合には、静電気程度の接着力しかなく、使用に耐えるものではない。しかしながら、熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上の温度で後加熱することにより、樹脂同士の相互拡散による物理結合や架橋反応による化学的結合が生じ、接着力が発現して必要とされる接着強度を十分に確保することができる。
【００１４】
後加熱を行う時間は、積層板中に使用される熱可塑性樹脂の種類にもよるが、一般に１０分以上が好ましく、３０分〜１５時間が更に好ましい。
オートクレーブ等を用いて加圧下で後加熱を行うと、微妙な接着不良による微妙な剥がれを抑制することができ、接着強度も更に向上するため、長期に安定的に製造するのにより好ましい。この際の圧力としては０．５ｋｇｆ／ｃｍ^２以上で高いほど好ましいが、圧力容器の問題から、１００ｋｇｆ／ｃｍ^２以下が好ましい。雰囲気については不活性ガスもしくは真空で実施する。雰囲気中に酸素が残った状態で熱処理を実施すると金属箔の種類によっては表面が酸化され外観不良になる可能性がある。
【００１５】
【実施例】
実施例１
市販されている鐘淵化学工業（株）製Ａｐｉｃａｌの厚さ２５μｍで幅５００ｍｍのポリイミドフィルムの両面に熱可塑性ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸溶液（ジアミンとして１，３−ビス（−アミノフェノキシ）ベンゼン１モル当たり、酸無水物として０．８モルの３、３‘、４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物と、０．２モルの３、３‘、４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とをＮ−メチル−２−ピロリドンを溶媒として、固形分２０％で調整した）を均一かつ連続的に直接流延塗布し、その後加熱して溶媒を除去すると共にイミド化し、両面に接着性ポリイミドが塗布されたポリイミドフィルムを得た。このポリイミドフィルムの総厚さは３０μｍであり、残溶剤は０．１％以下であり、接着層としての熱可塑性ポリイミドのガラス転移温度は２０５℃であった。
このポリイミドフィルムの巻物を中段の繰り出し部に取り付け、更に厚さ９μｍで幅５００ｍｍの銅箔（ジャパンエナジー製）コイルを上下繰り出し部に取り付け、温度２２０℃、線圧力２ｋｇｆ／ｃｍの条件で、ロール表面が耐熱性ゴム製であるロールプレス機を用いて連続ロールプレスを行い、ロール状に４５０ｍを巻き取った。
次にこれを窒素ガス雰囲気中、ロール状に巻き取ったコイルを５分間で１回転させながら、熱可塑性ポリイミドのガラス転移温度以上である２８０℃、圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ^２で３０分間連続して加熱・加圧し熱処理して、フレキシブル両面金属積層板を得た。
このフレキシブル両面金属積層板のピール強度は銅箔とポリイミド層の間で１．５ｋｇｆ／ｃｍであり、製品表面の酸化（焼け）、カール、ねじれ、しわ、傷やごみ等の欠陥は認められず、また幅５００ｍｍ、長さ１０００ｍｍの寸法に整幅剪断後のフレキシブル両面金属積層板シートは平坦で反りはほとんど見られなかった。また、２８８℃、６０秒間の半田浴浸漬後もフクレやハガレは全く見られず、銅箔エッチング後の寸法変化率は−０．０１％であった。
【００１６】
比較例１
実施例１と同様の原材料を用い、同じ構成、同じ条件にして連続ロールプレスを行い、その後の熱処理を行わなかった。この長尺のフレキシブル両面金属積層板のピール強度は、ばらつきが大きく平均して０．１ｋｇｆ／ｃｍ以下であり、２８８℃、６０秒間の半田浴浸漬後はフクレやハガレが生じ、ピール強度も耐熱性も満足できるものではなかった。
【００１７】
比較例２
実施例１と同様の原材料を用い、同じ構成、同じ条件にして連続ロールプレスを行い、その後の熱処理を回転させずに行った。このフレキシブル両面金属積層板のコイルの表面に波うちが発生しており、極端に平坦性が悪化していた。幅５００ｍｍ、長さ１０００ｍｍの寸法に整幅剪断後のフレキシブル両面金属積層板シートは波打っており、カールの最大は５ｍｍであった。また巻き内には積層板の巻き始めの段差が転写して巻内から１００ｍはこの巻内転写が解消されなかった。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、耐熱性に優れ、ピール強度が高く、そりや波うちが少なく、焼けがなく、信頼性の高いフレキシブル両面金属積層板を製造することができる。

Claims (5)

1. フレキシブル両面金属積層板をロール状に巻き取ったコイルを軸周りに回転させながら熱処理することを特徴とするフレキシブル両面金属積層板の製造方法。
2. 金属箔と接する両面が熱可塑性樹脂からなる基材の最外の両面に金属箔もしくは熱可塑性樹脂を塗布した金属箔を貼り合わせたフレキシブル両面金属積層板をロール状に巻き取ったコイルを連続して加熱・加圧しながら熱処理することを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル両面金属積層板の製造方法。
3. １〜６０分で１回転する速度で回転させながら熱処理することを特徴とする請求項１又は２に記載のフレキシブル両面金属積層板の製造方法。
4. 熱処理温度が熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上の温度であることを特徴とする請求項２または３に記載のフレキシブル両面金属積層板の製造方法。
5. 熱可塑性樹脂がポリイミドであることを特徴とする請求項２〜４いずれかに記載のフレキシブル両面金属積層板の製造方法。